CN105969998A - 一种金属冶炼气氛保护方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种金属冶炼气氛保护方法，包括采用电渣重熔冶炼系统实现金属电渣重熔冶炼的步骤，以及冶炼过程中对结晶器内部通入保护气体进行气氛保护的步骤，其特征在于，对通入结晶器内部的保护气体进行预热后再进入到结晶器内部。本发明用于金属电渣重熔冶炼，具有气氛保护稳定，能够提高冶炼安全性，提高冶炼效果等优点。

Description

一种金属冶炼气氛保护方法

技术领域

本发明涉及一种金属冶炼技术，尤其涉及一种金属冶炼气氛保护方法。

背景技术

金属电渣炉（又名电渣重熔炉）是利用电流通过熔渣时产生的电阻热作为热源进行熔炼的一种冶金设备，其结构主要包括整体呈炉状的结晶器、位于结晶器一侧的立柱，立柱上方设置有横向悬臂，横向悬臂上靠电极棒夹头正对结晶器安装有向下延伸进入结晶器的电极棒。

电渣炉冶炼工作时，电渣放入结晶器内，并在结晶器上方形成待熔融的渣池，采用电极棒夹头来夹持柱形电极棒，并让电极棒、渣池、金属熔池、钢锭、底水箱通过短网导线和变压器能够形成电流回路。进行电渣冶炼时，首先将该电极棒远离电渣冶炼电极棒夹头的端部插入熔渣内，随后对电极棒进行通电，在通电过程中，电极棒和渣池放出焦耳热，将渣池中的金属渣熔化。熔融金属汇聚成液态，穿过渣池，落入结晶器中形成金属熔池，且同时受水冷作用，迅速凝固形成钢锭。钢锭凝固前，在它的上方的金属熔池和渣池，起保温和补缩作用，保证钢锭的致密性。冶炼过程中，结晶器内壁上形成有一层薄渣壳，不仅使钢锭表面光洁，还起绝缘和隔热作用，使更多的热量向下部传导，有利于钢锭自下而上的定向结晶。基于以上原因，通过电渣冶炼生产出的钢锭质量好、性能优，合金钢的低温、室温和高温下的塑性和冲击韧性增强，钢材使用寿命延长，故电渣冶炼工艺在本行业中广泛使用。

但现有电渣冶炼工艺中，大多采用常压状态下进行电渣重熔，在大气下重熔容易引起钢锭的二次氧化，造成活泼元素的烧损，使得钢中的氧含量和夹杂物含量较高，很难生产出高洁净度的特殊钢。部分现有电渣冶炼装置中设置有气氛保护技术，但现有的电渣冶炼气氛保护技术主要分两种 ：1、普通电渣炉采用直接吹惰性气体进行保护，渣面封闭效果差，元素烧损仍较严重；2、保护性气氛电渣炉中将结晶器至假电极部分全部靠保护罩整体密封，使重熔过程中结晶器、渣面始终和空气隔绝并通保护性气体进行保护。例如ZL201420422529.8公开的一种同轴气氛保护电渣重熔炉。

但该重熔炉中，假电极部分需要设置动密封结构，动密封结构复杂且高温环境下容易损坏，冶炼时假电极下行过程中保护罩上端会沿假电极向上滑动，故假电极需设置很长进行让位，这样不利于电极的同轴度控制，容易产生打弧现象导致结晶器损坏；同时采用水冷方式保护整体密封结构，保护效果较好但设备结构复杂，重熔准备工作时间长，维护保养困难；另外在现有的电渣重熔炉中实施时，其改造过程往往要求将整个现有电渣的传动及控制系统进行替换，价格昂贵大大提高了生产成本，而且设备使用中操作复杂。另外在重熔池上方其装置设置的水冷系统也存在较大的发生漏水事故的安全隐患。

发明内容

针对上述现有技术的不足，本发明所要解决的技术问题是：怎样提供一种用于金属电渣重熔冶炼的，气氛保护稳定，能够提高冶炼安全性，提高冶炼效果的金属冶炼气氛保护方法。

为了解决上述技术问题，本发明采用了如下的技术方案：

一种金属冶炼气氛保护方法，包括采用电渣重熔冶炼系统实现金属电渣重熔冶炼的步骤，以及冶炼过程中对结晶器内部通入保护气体进行气氛保护的步骤，其特征在于，对通入结晶器内部的保护气体进行预热后再进入到结晶器内部。

这样，保护气体预热后再进入到结晶器内，避免保护气体温度过低对结晶器内冶炼反应造成的冲击波动而影响冶炼质量。特别是保护气体一般是压缩存储在存储罐内，释放出来后气体体积变大有一个吸热的过程，会强烈地吸取接触物体的热量，如果不经过预热直接进入到结晶器内，就容易影响冶炼效果。

本方法优选采用以下的电渣重熔冶炼系统实现，电渣重熔冶炼系统包括结晶器、竖向设置于结晶器一侧的立柱，立柱上方设置有横向悬臂，横向悬臂上靠电极夹头正对结晶器安装有向下延伸的假电极，还包括用于带动横向悬臂在立柱上升降运动的升降装置；还包括气氛保护装置，气氛保护装置包括设置于假电极和结晶器上端表面之间的保护罩和能够进气到保护罩内的进气管，进气管和惰性气体源相连；其特征在于，还包括保护气体预热结构，保护气体预热结构包括一个保护气体预热腔室，所述进气管连接进气至保护气体预热腔室预热后再连接进气至保护罩内。

作为优化，还包括用于对保护罩实现冷却的保护罩冷却结构。这是由于结晶器冶炼过程中，内部热气上升，热量得到保护罩，会很快造成保护罩温度升高，故设置冷却结构进行冷却可以更好地提高对保护罩自身的保护效果，避免由于温度过高而损坏，延长保护罩使用寿命。

作为优化，所述保护罩包括内层罩体和外层罩体，所述进气管连通至外层罩体和内层罩体之间，所述内层罩体上设置有出气口连接出内层罩体，外层罩体和内层罩体之间构成保护气体预热腔室，保护气体预热腔室进入保护气体后构成保护罩冷却结构。

这样，采用非常简单的双层罩体结构，巧妙地使其同时实现了上述进气预热和保护罩冷却保护的双重效果，没有添加额外的冷却源和预热源，极大地节省了成本。同时双层罩体的结构，使得当冶炼过程中，有任一层罩体破损时，保护罩能够继续使用并继续维持结晶器内的气体保护氛围，到冶炼结束后再进行补漏，极大地提高了冶炼过程中气体保护的可靠性和安全性。

作为优化，保护罩上端固定连接在假电极上，保护罩为不透气石棉布沿竖向柔性折叠制得使得假电极下行时，保护罩能够产生竖向的折叠收缩。

这样，电渣重熔冶炼系统冶炼时，保护罩上端固定设置在假电极上，当冶炼前通过进气管控制保护气体进入到结晶器内进行气氛保护，冶炼过程中假电极下行带动保护罩上端下行和保护罩下端靠拢，缩小了保护罩内部空间体积，故随着冶炼的进行能够逐步提高保护罩内的保护气体的气压，靠该气压更好地迫使熔化的金属液向下流动到结晶器内，提高冶炼效率。同时保护罩上端和假电极联动，故假电极长度无需设置过长以供保护罩上端在其上滑动，假电极下端自熔电极同轴度易于保持，提高了冶炼稳定性和安全性。另外，保护罩上端固定于假电极不动，靠保护罩自身的柔性折叠和假电极随动，这样保护罩上端和假电极为固定配合，高温恶劣环境中结构更稳定，更加不易损坏。同时，保护罩位于结晶器上方能够更好地避开冶炼高温，延长气氛保护装置寿命，而且保护罩能够给冶炼时给结晶器内部提供一定的保护气体正向压力，以利于冶炼的进行，提高冶炼质量和效率。

作为优化，保护罩上端通过一个上固定环固定连接在假电极上，上固定环套接在假电极外且下部为沿假电极径向向外延伸的圆盘状的连接部，连接部下表面和保护罩上端密封连接，上固定环上部为沿假电极轴向向上延伸的固定部，固定部上横向设置有螺孔并靠上螺钉向里穿过螺孔固定在假电极上，上固定环上还设置有泄气通道。

这样，上固定环方便保护罩上端的安装固定，安装方便快捷，固定可靠，同时设置的泄气通道可以在保护气体通入时，将保护罩内空气从泄气通道挤出，利于保护气氛的形成。

作为优化，上固定环上还设置有泄气调节机构，所述泄气调节结构包括一个泄气调节螺栓，泄气调节螺栓横向设置且螺纹配合在上固定环的连接部上，泄气调节螺栓外端露出于连接部外周表面并构成调节手柄，泄气调节螺栓内端可转动且轴向限位配合在一个位于固定环内部的调节块上，调节块内端位于泄气通道内且调节块能够随泄气调节螺栓的旋转向外移动以逐渐封闭泄气通道。

这样，可以依靠泄气调节螺栓方便快捷地调节泄气通道的横截面大小，以调节泄气量的大小，使得冶炼时保护气体进气后维持结晶器内正向气压的大小可调，以使得该压力能够更好地适应冶炼需求，提高冶炼效果。同时当结晶器内保护气体进气形成保护氛围后，还可以根据需要及时调小甚至关闭泄气通道，以保持结晶器内的保护气体氛围和保护气体正向压力，并节省保护气体耗费量。

作为优化，上固定环和假电极之间还设置有上密封结构，上密封结构包括一个凸出形成于假电极外表面的限位圆环凸台，还包括被压缩于限位圆环凸台上表面和上固定环下表面之间的上密封圈。

这样，方便实现上固定环和假电极之间的密封连接，避免从连接处泄气。

作为优化，保护罩下端通过一个圆盘状的下固定环密封连接在结晶器上端表面，进气管设置在下固定环上。

这样，下固定环的设置更加方便保护罩下端的固定连接。

作为优化，所述结晶器上端表面靠内位置设置有倒L形的限位块，所述下固定环内侧部卡压限位在限位块内，下固定环外侧部靠竖向设置的连接螺栓贯穿连接在结晶器上端，下固定环下表面和结晶器上端表面之间压设有下密封圈实现密封。

这样，使得下固定环安装方便快捷，固定可靠且密封效果好。

作为优化，所述出气口内设置有出气管，出气管位于内侧罩体下部位置且出气管出气方向斜向下正对结晶器内腔设置。

这样，出气口上增设出气管进行出气，能够更好地保证出气方向朝内下方出气，提高气氛保护效果。

作为进一步优化，出气管在水平面的竖向投影沿电极和结晶器内腔之间空间中间圆的切线方向设置。这样，进入的保护气体能够沿电极和结晶器内腔之间空间螺旋向下流动，以更好地到达冶炼位置实现气氛保护，提高气氛保护效果。

作为进一步优化，出气管内设置有单向压力阀，用于当外层罩体和内层罩体之间累积出一定气体压力后，才单向打开出气管出气，保证外层罩体和内层罩体之间填充气体的数量，以保证对保护罩的冷却效果。

作为进一步优化，进气管和出气管设置于结晶器上方单侧且位于相反的方向。这样出气管单侧设置，更加利于另一侧空气的排出，利于保护气体氛围的建立，同时进气管和出气管位于相反的方向，可以延长保护气体在两层罩体之间的流动路径，更好地提高对保护气体的预热效果。

作为进一步优化，所述外层罩体上端还设置有带开关阀的抽排气管道和外界连通。这样，通入保护气体之前可以先通过抽排气管道将双层罩体内气体抽空，使得双层罩体相互贴合，然后关闭开关阀，再通入保护气体，使得保护气体填充入双层罩体内部空腔，形成一定压力后再从出气管进入到结晶器内实现气氛保护。这样就可以在通入保护气体时更好地先填充满双层罩体内部空间，更好地实现了双层罩体的保护气体预热效果和保护罩冷却效果。

综上所述，本发明用于金属电渣重熔冶炼，具有气氛保护稳定，能够提高冶炼安全性，提高冶炼效果等优点。

附图说明

图1为本发明实施时采用的电渣重熔冶炼系统的结构示意图。

图2为图1中单独保护罩部分的结构示意图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明作进一步的详细说明。

具体实施时：一种金属冶炼气氛保护方法，包括采用电渣重熔冶炼系统实现金属电渣重熔冶炼的步骤，以及冶炼过程中对结晶器内部通入保护气体进行气氛保护的步骤，其特点在于，对通入结晶器内部的保护气体进行预热后再进入到结晶器内部。

具体地说上述的电渣重熔冶炼系统如图1-2所示，包括结晶器1、竖向设置于结晶器一侧的立柱2，立柱2上方设置有横向悬臂3，横向悬臂3上靠电极夹头正对结晶器安装有向下延伸的假电极4，还包括用于带动横向悬臂在立柱上升降运动的升降装置；还包括气氛保护装置，气氛保护装置包括设置于假电极4和结晶器1上端表面之间的保护罩5和能够进气到保护罩5内的进气管6，其特点在于，保护罩5上端固定连接在假电极4上，保护罩5为不透气材料沿竖向柔性折叠制得使得假电极下行时，保护罩能够产生竖向的折叠收缩。实施时，所述升降装置包括一根和立柱竖向并列设置的丝杠7，丝杠7可转动地配合设置在固定于横向悬臂3的一个螺母内，丝杠7下端通过减速机和升降电机8相连；这样能够实现对横向悬臂的升降控制，且结构简单，控制稳定可靠。实施时，进气管和惰性气体源相连为结晶器提供保护气体。实施时，保护罩采用采用不燃耐高温材料制成，具体可以优选为不透气石棉布得到。

这样，电渣重熔冶炼系统冶炼时，保护罩上端固定设置在假电极上，当冶炼前通过进气管控制保护气体进入到结晶器内进行气氛保护，冶炼过程中假电极下行带动保护罩上端下行和保护罩下端靠拢，缩小了保护罩内部空间体积，故随着冶炼的进行能够逐步提高保护罩内的保护气体的气压，靠该气压更好地迫使熔化的金属液向下流动到结晶器内，提高冶炼效率。同时保护罩上端和假电极联动，故假电极长度无需设置过长以供保护罩上端在其上滑动，假电极下端自熔电极同轴度易于保持，提高了冶炼稳定性和安全性。另外，保护罩上端固定于假电极不动，靠保护罩自身的柔性折叠和假电极随动，这样保护罩上端和假电极为固定配合，高温恶劣环境中结构更稳定，更加不易损坏。同时，保护罩位于结晶器上方能够更好地避开冶炼高温，延长气氛保护装置寿命，而且保护罩能够给冶炼时给结晶器内部提供一定的保护气体正向压力，以利于冶炼的进行，提高冶炼质量和效率。

其中，保护罩5上端通过一个上固定环9固定连接在假电极4上，上固定环9套接在假电极外且下部为沿假电极径向向外延伸的圆盘状的连接部，连接部下表面和保护罩上端密封连接，上固定环9上部为沿假电极轴向向上延伸的固定部，固定部上横向设置有螺孔并靠上螺钉向里穿过螺孔固定在假电极上，上固定环上还设置有泄气通道10。

这样，上固定环方便保护罩上端的安装固定，安装方便快捷，固定可靠，同时设置的泄气通道可以在保护气体通入时，将保护罩内空气从泄气通道挤出，利于保护气氛的形成。

其中，上固定环上还设置有泄气调节机构，所述泄气调节结构包括一个泄气调节螺栓11，泄气调节螺栓11横向设置且螺纹配合在上固定环的连接部上，泄气调节螺栓11外端露出于连接部外周表面并构成调节手柄，泄气调节螺栓11内端可转动且轴向限位配合在一个位于固定环内部的调节块12上，调节块12内端位于泄气通道10内且调节块能够随泄气调节螺栓的旋转向外移动以逐渐封闭泄气通道10。

这样，可以依靠泄气调节螺栓方便快捷地调节泄气通道的横截面大小，以调节泄气量的大小，使得冶炼时保护气体进气后维持结晶器内正向气压的大小可调，以使得该压力能够更好地适应冶炼需求，提高冶炼效果。同时当结晶器内保护气体进气形成保护氛围后，还可以根据需要及时调小甚至关闭泄气通道，以保持结晶器内的保护气体氛围和保护气体正向压力，并节省保护气体耗费量。

其中，上固定环9和假电极4之间还设置有上密封结构，上密封结构包括一个凸出形成于假电极外表面的限位圆环凸台13，还包括被压缩于限位圆环凸台13上表面和上固定环9下表面之间的上密封圈14。实施时，上密封圈14优选采用高温耐火棉得到以延长使用寿命。

这样，方便实现上固定环和假电极之间的密封连接，避免从连接处泄气。

其中，保护罩5下端通过一个圆盘状的下固定环15密封连接在结晶器1上端表面，进气管设置在下固定环上。

这样，下固定环的设置更加方便保护罩下端的固定连接。

其中，所述结晶器1上端表面靠内位置设置有倒L形的限位块16，所述下固定环15内侧部卡压限位在限位块16内，下固定环15外侧部靠竖向设置的连接螺栓17贯穿连接在结晶器上端，下固定环下表面和结晶器上端表面之间压设有下密封圈18实现密封。

这样，使得下固定环安装方便快捷，固定可靠且密封效果好。实施时，下密封圈18优选采用高温耐火棉得到以延长使用寿命。

其中，还包括保护气体预热结构，保护气体预热结构包括一个保护气体预热腔室19，所述进气管6连接进气至保护气体预热腔室19预热后再连接进气至保护罩内。

这样，保护气体预热后再进入到结晶器内，避免保护气体温度过低对结晶器内冶炼反应造成的冲击波动而影响冶炼质量。特别是保护气体一般是压缩存储在存储罐内，释放出来后气体体积变大有一个吸热的过程，会强烈地吸取接触物体的热量，如果不经过预热直接进入到结晶器内，就容易影响冶炼效果。

其中，还包括用于对保护罩实现冷却的保护罩冷却结构。这是由于结晶器冶炼过程中，内部热气上升，热量得到保护罩，会很快造成保护罩温度升高，故设置冷却结构进行冷却可以更好地提高对保护罩自身的保护效果，避免由于温度过高而损坏，延长保护罩使用寿命。

其中，所述保护罩包括内层罩体和外层罩体，所述进气管连通至外层罩体和内层罩体之间，所述内层罩体上设置有出气口连接出内层罩体，外层罩体和内层罩体之间构成保护气体预热腔室，保护气体预热腔室进入保护气体后构成保护罩冷却结构。

这样，采用非常简单的双层罩体结构，巧妙地使其同时实现了上述进气预热和保护罩冷却保护的双重效果，没有添加额外的冷却源和预热源，极大地节省了成本。同时双层罩体的结构，使得当冶炼过程中，有任一层罩体破损时，保护罩能够继续使用并继续维持结晶器内的气体保护氛围，到冶炼结束后再进行补漏，极大地提高了冶炼过程中气体保护的可靠性和安全性。

其中，所述出气口内设置有出气管20，出气管20位于内侧罩体下部位置且出气管出气方向斜向下正对结晶器1内腔设置。

这样，出气口上增设出气管进行出气，能够更好地保证出气方向朝内下方出气，提高气氛保护效果。

其中，出气管20在水平面的竖向投影沿电极和结晶器内腔之间空间中间圆的切线方向设置。这样，进入的保护气体能够沿电极和结晶器内腔之间空间螺旋向下流动，以更好地到达冶炼位置实现气氛保护，提高气氛保护效果。

其中，出气管20内设置有单向压力阀，用于当外层罩体和内层罩体之间累积出一定气体压力后，才单向打开出气管出气，保证外层罩体和内层罩体之间填充气体的数量，以保证对保护罩的冷却效果。

其中，进气管6和出气管20设置于结晶器上方单侧且位于相反的方向。这样出气管单侧设置，更加利于另一侧空气的排出，利于保护气体氛围的建立，同时进气管和出气管位于相反的方向，可以延长保护气体在两层罩体之间的流动路径，更好地提高对保护气体的预热效果。

其中，所述外层罩体上端还设置有带开关阀的抽排气管道21和外界连通。这样，通入保护气体之前可以先通过抽排气管道将双层罩体内气体抽空，使得双层罩体相互贴合，然后关闭开关阀，再通入保护气体，使得保护气体填充入双层罩体内部空腔，形成一定压力后再从出气管进入到结晶器内实现气氛保护。这样就可以在通入保护气体时更好地先填充满双层罩体内部空间，更好地实现了双层罩体的保护气体预热效果和保护罩冷却效果。

Claims (10)

1.一种金属冶炼气氛保护方法，包括采用电渣重熔冶炼系统实现金属电渣重熔冶炼的步骤，以及冶炼过程中对结晶器内部通入保护气体进行气氛保护的步骤，其特征在于，对通入结晶器内部的保护气体进行预热后再进入到结晶器内部。

2.如权利要求1所述的金属冶炼气氛保护方法，其特征在于，采用以下的电渣重熔冶炼系统实现，所述电渣重熔冶炼系统包括结晶器、竖向设置于结晶器一侧的立柱，立柱上方设置有横向悬臂，横向悬臂上靠电极夹头正对结晶器安装有向下延伸的假电极，还包括用于带动横向悬臂在立柱上升降运动的升降装置；还包括气氛保护装置，气氛保护装置包括设置于假电极和结晶器上端表面之间的保护罩和能够进气到保护罩内的进气管，进气管和惰性气体源相连；还包括保护气体预热结构，保护气体预热结构包括一个保护气体预热腔室，所述进气管连接进气至保护气体预热腔室预热后再连接进气至保护罩内。

3.如权利要求2所述的金属冶炼气氛保护方法，其特征在于，所述保护罩包括内层罩体和外层罩体，所述进气管连通至外层罩体和内层罩体之间，所述内层罩体上设置有出气口连接出内层罩体，外层罩体和内层罩体之间构成保护气体预热腔室，保护气体预热腔室进入保护气体后构成保护罩冷却结构。

4.如权利要求3所述的金属冶炼气氛保护方法，其特征在于，保护罩上端固定连接在假电极上，保护罩为不透气石棉布沿竖向柔性折叠制得使得假电极下行时，保护罩能够产生竖向的折叠收缩。

5.如权利要求4所述的金属冶炼气氛保护方法，其特征在于，保护罩上端通过一个上固定环固定连接在假电极上，上固定环套接在假电极外且下部为沿假电极径向向外延伸的圆盘状的连接部，连接部下表面和保护罩上端密封连接，上固定环上部为沿假电极轴向向上延伸的固定部，固定部上横向设置有螺孔并靠上螺钉向里穿过螺孔固定在假电极上，上固定环上还设置有泄气通道。

6.如权利要求5所述的金属冶炼气氛保护方法，其特征在于，上固定环上还设置有泄气调节机构，所述泄气调节结构包括一个泄气调节螺栓，泄气调节螺栓横向设置且螺纹配合在上固定环的连接部上，泄气调节螺栓外端露出于连接部外周表面并构成调节手柄，泄气调节螺栓内端可转动且轴向限位配合在一个位于固定环内部的调节块上，调节块内端位于泄气通道内且调节块能够随泄气调节螺栓的旋转向外移动以逐渐封闭泄气通道。

7.如权利要求5所述的金属冶炼气氛保护方法，其特征在于，上固定环和假电极之间还设置有上密封结构，上密封结构包括一个凸出形成于假电极外表面的限位圆环凸台，还包括被压缩于限位圆环凸台上表面和上固定环下表面之间的上密封圈。

8.如权利要求5所述的金属冶炼气氛保护方法，其特征在于，保护罩下端通过一个圆盘状的下固定环密封连接在结晶器上端表面，进气管设置在下固定环上。

9.如权利要求8所述的金属冶炼气氛保护方法，其特征在于，所述结晶器上端表面靠内位置设置有倒L形的限位块，所述下固定环内侧部卡压限位在限位块内，下固定环外侧部靠竖向设置的连接螺栓贯穿连接在结晶器上端，下固定环下表面和结晶器上端表面之间压设有下密封圈实现密封。

10.如权利要求1所述的金属冶炼气氛保护方法，其特征在于，所述出气口内设置有出气管，出气管位于内侧罩体下部位置且出气管出气方向斜向下正对结晶器内腔设置。